Способ запуска прострелочно-взрывной аппаратуры в скважине и устройство для его осуществления

Способ запуска прострелочно-взрывной аппаратуры в скважине и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к нефтегазодобывающей и горной промышленности при освоении, разработке и ремонте преимущественно сильно наклонных и горизонтальных скважин и предназначено для запуска в скважине прострелочно-взрывной аппаратуры, используемой при вскрытии продуктивных пластов, разобщении пластов, отборе образцов пород и ликвидации аварий.

Известен способ инициирования зарядов, в котором монтируют взрывную цепь, включающую лазер, заряды и инициирующий тракт в виде оптического волокна, по которому подают инициирующий импульс от выхода лазера вдоль продольной оси оптического волокна для детонации подрываемых зарядов посредством передаваемой оптической энергии. Лазер располагают в зоне исполнения команды и соединяют с пусковым устройством посредством тракта накачки лазера. В качестве тракта используют или каротажный кабель, или оптоволоконный кабель (патент РФ №2107256, МКИ 6 F 42 D 3/04, 1/04, F 42 C 13/02 от 27.08.97).

Недостатком этого способа является необходимость использования кабеля, что приводит к невозможности применения данного способа для работ в сильно наклонных и горизонтальных скважинах.

Известен способ инициирования зарядов (патент РФ №2202097, МКИ 7 F 42 B 3/113 от 13.06.2001). В этом способе монтируют взрывную цепь, включающую взрыватель с воспламеняющим элементом в виде источника света, который непосредственно контактирует с инициирующим взрывчатым веществом, в качестве источника света используют светодиод, работающий в импульсном режиме, а в качестве инициирующего взрывчатого вещества (ВВ) применяют светочувствительное ВВ, которое непосредственно наносят на светоизлучающую площадку светодиода.

Недостатком этого способа является сложность его реализации в скважинной аппаратуре, спускаемой на трубах НКТ.

Известна система инициирования заряда посредством узла воспламенения, применяемая в заряде бескорпусном секционном для газогидравлического воздействия на пласт, состоящая из наземного пульта, соединенного через жилы каротажного кабеля с узлом воспламенения, содержащего провода питания и спирали накаливания. После спуска заряда в интервал обработки по команде с наземного пульта производят запуск устройства путем подачи тока питания на спираль накаливания (патент РФ №2178072, кл. Е 21 В 43/263, 2000).

Недостатком этой системы инициирования является необходимость наличия каротажного кабеля, что вызывает большие трудности в применении, когда необходимо доставить в зону обработки большое количество горючего материала с использованием колонны труб (например, труб НКТ).

Наиболее близкими по технической сущности к заявляемому изобретению являются промышленно применяемые кумулятивные перфораторы ПНКТ1-89 и ПНКТ1-73, спускаемые на насосно-компрессорных трубах (Прострелочно-взрывная аппаратура. Справочник под ред. Л.Я.Фридляндера, М.: Недра, 1990, стр.62-72).

Перфораторы ПНКТ1-89 и ПНКТ1-73 состоят из головки с ударным механизмом и корпуса с кумулятивными зарядами и средствами детонирования. Спуск перфораторов производят на трубах НКТ. Для приведения в действие перфоратора типа ПНКТ1, после установки его в требуемом интервале перфорации и оборудования устья скважины фонтанной арматурой, через устьевую задвижку внутрь колонны НКТ вбрасывают резиновый шар. Двигаясь под действием собственного веса и прокачиваемой насосом жидкости, шар достигает седла штока и полностью перекрывает осевой канал муфты. Под действием возрастающего при этом давления на шток срезается предохранительная чека, после чего шток давит на распорную втулку и срезает вторую чеку. Перемещаясь вниз, втулка освобождает шарики, ударник выходит из зацепления с корпусной головкой и под действием гидростатического давления энергично устремляется вниз, при этом жалом бойка производит накол капсюля-детонатора, вызывая срабатывание устройства инициирования. Резиновый шар, протолкнув шток ниже боковых отверстий в муфте, не препятствует дальнейшей циркуляции жидкости.

Запуск перфораторов ПНКТ1-89 и ПНКТ1-73 осуществляют с помощью сложной по конструкции и многоступенчатого действия головки с ударным механизмом, что снижает надежность срабатывания перфораторов, а способ запуска перфоратора вбрасыванием резинового шара внутрь колонны НКТ требует для перемещения резинового шара внутри НКТ применения громоздкого и дорогостоящего насосно-компрессорного оборудования, обеспечивающего циркуляцию скважинной жидкости. Все вышеуказанное приводит к снижению надежности запуска устройства.

Задачей изобретения является создание надежного способа запуска прострелочно-взрывной аппаратуры в скважине и устройства для его осуществления.

Поставленная задача достигается тем, в способе запуска прострелочно-взрывной аппаратуры в скважине, заключающемся в спуске аппаратуры на трубах в скважину и запуске средства инициирования заряда путем подключения этого средства к источнику тока, в качестве источника тока используют автономный источник тока, который располагают в скважинной аппаратуре, а для подключения автономного источника тока к средству инициирования задают команду путем дискретного вращения колонны труб с различными угловыми скоростями, при этом при запуске средства инициирования осуществляют контроль за прохождением заданной.

Сущность способа состоит в том, что в качестве источника тока для питания спирали накаливания - средства инициирования заряда используют автономный источник тока, расположенный в баростойком корпусе с реле давления, с датчиком вращения и со схемами управления. Во время спуска устройства на трубах в интервал обработки, после прохождения определенной глубины, из-за воздействия гидростатического давления срабатывает реле-давления и вырабатывает сигнал разрешения для схемы управления. После достижения интервала обработки на устье скважины производят дискретные вращения колонны труб с различными угловыми скоростями. Вращение воспринимается датчиком движения, который вырабатывает полезный сигнал при превышении угловой скорости вращения определенной величины. Схема управления, при совпадении заранее заданного кода с дискретными вращениями и при наличии сигнала разрешения, подключает автономный источник питания к средству инициирования через гермовводы.

Для реализации способа предлагается устройство для запуска штатного средства инициирования в скважине.

Устройство для запуска прострелочно-взрывной аппаратуры в скважине содержит наземный блок и скважинный блок, включающий средство инициирования заряда, например спираль накаливания. В скважинный блок введены автономный источник тока, соединенный со средством инициирования, коммутационное устройство, индикатор, микропроцессор, реле-давления, датчик движения, первый электронный ключ, второй электронный ключ, третий электронный ключ, первый преобразователь напряжения, второй преобразователь напряжения, при этом автономный источник питания через коммутационное устройство соединен с входом первого преобразователя напряжения и с входом первого электронного ключа, выходы первого преобразователя напряжения соединены с входами питания микропроцессора, датчика движения и реле-давления, выход датчика движения соединен с первым входом микропроцессора, выход реле-давления соединен с входом управления первого электронного ключа, выход которого соединен с входом второго электронного ключа, выход которого соединен с входом второго преобразователя напряжения, выход которого соединен с входом третьего электронного ключа, вход второго преобразователя напряжения соединен с выходом второго электронного ключа, вход индикатора соединен с первым выходом микропроцессора, вход управления третьего электронного ключа соединен со вторым выходом микропроцессора, выход третьего электронного ключа соединен с входом средства инициирования.

На фиг.1 показана структурная схема устройства запуска прострелочно-взрывной аппаратуры в скважине.

На фиг.2 показана структурная схема пускового устройства для запуска прострелочно-взрывной аппаратуры в скважине.

Способ запуска прострелочно-взрывной аппаратуры в скважине (фиг.1) осуществляют следующим образом.

В инициирующем узле 1 прострелочно-взрывной аппаратуры 2 устанавливают пусковое устройство 3 и спускают прострелочно-взрывную аппаратуру в скважину 4 на насосно-компрессорных или бурильных трубах 5 в заданный интервал. С помощью стандартного бурового оборудования, например, ключа КТГ-89 6 по визуальным, последовательным, со звуковым сопровождением или без звукового сопровождения, командам, выдаваемым установленным на пульте управления стандартного бурового оборудования командным устройством 7, осуществляют дискретное, с заданной угловой скоростью, вращение колонны насосно-компрессорных или бурильных труб в одном направлении до момента выдачи командным устройством визуальной и/или звуковой команды на эвакуацию людей на безопасное расстояние от устья скважины, эвакуацию людей в течение заданного времени - задержки подачи заданного электрического импульса на запуск, а по истечении заданного времени задержки пусковое устройство 3 производит запуск прострелочно-взрывной аппаратуры в скважине.

Устройство может применяться для запуска прострелочно-взрывной аппаратуры, используемой при вскрытии продуктивных пластов, повышении производительности скважин, разобщении пластов, отборе образцов пород и ликвидации аварий в скважине.

Устройство, осуществляющее способ запуска прострелочно-взрывной аппаратуры в скважине, включает командное устройство 7 (см. фиг.1) и пусковое устройство 3 (см. фиг.1), пусковое устройство включает (фиг.2) размещенные внутри герметичного баростойкого корпуса с двумя внешними гермовыводами (на фигурах не показано) для подключения пускового устройства к средству инициирования прострелочно-взрывной аппаратуры датчик движения 8 и схему управления 9, которая включает автономный источник тока 10, например, литиевая батарея типа SL-760 напряжением 3,6 В для питания пускового устройства, коммутационное устройство 11, например, переключатель движковый ESP2010 для подключения автономного источника тока к нагрузкам, первый преобразователь напряжения 12, например, на базе микросхемы МАХ641 для выработки питающего напряжения для схемы управления, первый электронный ключ 13, например, на базе транзистора IRF7314 для подачи подключения автономного источника тока через коммутационное устройство 11 к входу второго электронного ключа 16, реле давления 14, например, на базе датчика давления Д60 со схемой усиления и нормирования сигнала для управления первым электронным ключом 13, микропроцессор 15, например, на базе микросхемы типа ATtiny15L с резидентным программным обеспечением, реализующим алгоритм работы схемы управления 9, второй электронный ключ 16, например, на базе транзистора IRF7314 для подачи питающего напряжения на второй преобразователь напряжения 18, индикатор 17, например, на базе светодиода КРС3216 для индикации подачи напряжения питания на схему управления 9, второй преобразователь напряжения 18, например, на базе микросхемы МАХ641 для выработки напряжения питания средства инициирования прострелочно-взрывной аппаратуры, третий электронный ключ 19, например, на базе транзистора IRF 7343 для подачи напряжения питания к средству инициирования прострелочно-взрывной аппаратуры.

Причем автономный источник тока 10 через коммутационное устройство 11 соединен с входом первого преобразователя напряжения 12 и с входом первого электронного ключа 13, выходы первого преобразователя напряжения 12 соединены с входами питания микропроцессора 15, датчика движения 8 и реле давления 14, выход датчика движения 8 соединен с первым входом микропроцессора 15, выход реле давления 14 соединен с входом управления первого электронного ключа 13, выход которого соединен с входом второго электронного ключа 16, выход которого соединен с входом второго преобразователя напряжения 18, выход которого соединен с входом третьего электронного ключа 19, вход второго преобразователя напряжения 18 соединен с выходом второго электронного ключа 16, вход индикатора 17 соединен с первым выходом микропроцессора 15, вход управления третьего электронного ключа 19 соединен со вторым выходом микропроцессора 15, выход третьего электронного ключа 19 соединен с двумя внешними гермовыводами (на фигурах не показаны). Вышеупомянутые соединения элементов схемы управления обеспечивают правильность работы устройства запуска прострелочно-взрывной аппаратуры.

Устройство работает следующим образом.

Перед установкой пускового устройства в инициирующий узел прострелочно-взрывной аппаратуры вскрывают герметичный баростойкий корпус устройства и затем автономный источник питания 10, при помощи коммутационного устройства 11 подключают к первому преобразователю напряжения 12 для выработки питающего напряжения схемы управления. Первый преобразователь напряжения 12 вырабатывает напряжение для питания микропроцессора 15, реле давления 14 и датчика движения 8. После включения первого преобразователя напряжения загорается индикатор 17, информирующий работников о включении пускового устройства. Баростойкий корпус пускового устройства герметизируют, готовое к работе пусковое устройство размещают в инициирующем узле прострелочно-взрывной аппаратуры и соединяют электропроводами гермовыводы и средство инициирования прострелочно-взрывной аппаратуры. При спуске прострелочно-взрывной аппаратуры в скважину, наполненную жидкостью, при заданном гидростатическом давлении срабатывает реле давления 14, которое включает первый электронный ключ 13, обеспечивающий подачу питающего напряжения через второй электронный ключ 16 на второй преобразователь напряжения 18, тем самым исключается выработка напряжения питания средства инициирования прострелочно-взрывной аппаратуры на дневной поверхности. После установки прострелочно-взрывной аппаратуры в заданном интервале скважины по командам от командного устройства вращают колонну насосно-компрессорных или бурильных труб вместе с пусковым устройством, установленным в инициирующем узле прострелочно-взрывной аппаратуры. Датчик движения 8 воспринимает вращение и вырабатывает полезные сигналы, а микропроцессор 15 преобразует полезные сигналы, выработанные датчиком движения в двоичный код, сравнивает с заданным и, если коды совпадают, выдерживает заданное время задержки подачи заданного электрического импульса на запуск, необходимое для эвакуации людей на безопасное расстояние от устья скважины, и включает второй электронный ключ 16 для включения второго преобразователя напряжения 18. Если коды не совпадают, то микропроцессор не включит второй электронный ключ и пусковое устройство не сработает, тогда для запуска прострелочно-взрывной аппаратуры в скважине необходимо повторить вращение колонны насосно-компрессорных или бурильных труб по командам от командного устройства. После включения второго преобразователя напряжения микропроцессор включает третий электронный ключ 19 для подачи заданного электрического импульса на средство инициирования прострелочно-взрывной аппаратуры и производит ее запуск.

1. Способ запуска прострелочно-взрывной аппаратуры в скважине, заключающийся в спуске аппаратуры на трубах в скважину и запуске средства инициирования заряда путем подключения этого средства к источнику тока, отличающийся тем, что в качестве источника тока используют автономный источник тока, который располагают в скважинной аппаратуре, а для подключения автономного источника тока к средству инициирования задают команду путем дискретного вращения колонны труб с различными угловыми скоростями, при этом при запуске средства инициирования осуществляют контроль за прохождением заданной глубины.

2. Устройство для запуска прострелочно-взрывной аппаратуры в скважине, содержащее наземный блок и скважинный блок, включающий средство инициирования заряда, например спираль накаливания, отличающееся тем, что в скважинный блок введены автономный источник тока, соединенный со средством инициирования, коммутационное устройство, индикатор, микропроцессор, реле давления, датчик движения, первый электронный ключ, второй электронный ключ, третий электронный ключ, первый преобразователь напряжения, второй преобразователь напряжения, при этом автономный источник питания через коммутационное устройство соединен с входом первого преобразователя напряжения и с входом первого электронного ключа, выходы первого преобразователя напряжения соединены с входами питания микропроцессора, датчика движения и реле давления, выход датчика движения соединен с первым входом микропроцессора, выход реле давления соединен с входом управления первого электронного ключа, выход которого соединен с входом второго электронного ключа, выход которого соединен с входом второго преобразователя напряжения, выход которого соединен с входом третьего электронного ключа, вход индикатора соединен с первым выходом микропроцессора, вход управления третьего электронного ключа соединен со вторым выходом микропроцессора, выход третьего электронного ключа соединен с входом средства инициирования.